Pse përthithja e blusë së metilenit ndryshon me përqendrimin

Merrni një shishe me tretësirë stok të blusë së metilenit dhe mbushni dy gota. Mbusheni të parën me tretësirën stok dhe të dytën me një hollim dhjetëfish. Gota e dytë është më e zbehtë, siç pritet. Shikojeni me kujdes dhe do të vini re se ka ndryshuar edhe diçka tjetër. Nuanca është zhvendosur. Njëra tretësirë anon nga një blu e pastër qielli, ndërsa tjetra nga një blu me nuancë vjollce. Hollimi bëri më shumë sesa të ulte intensitetin. Ai ndryshoi specien kimike që kryen pjesën më të madhe të përthithjes.

Koncepti që qëndron pas kësaj zhvendosjeje është i thjeshtë. Bluja e metilenit e tretur nuk përbëhet nga një specie e vetme. Kationi i veçuar i ngjyruesit, i quajtur monomer, mund të vendoset faqe më faqe me një kation të dytë për të formuar një dimer, dhe dimerët mund të bashkohen në agregate më të mëdha. Çdo formë ka spektrin e vet të përthithjes. Ajo që raporton një spektrofotometër është shuma e kontributeve të përzierjes së pranishme në atë kuvetë, në ato kushte. Ndryshoni përzierjen dhe spektri zhvendoset, edhe kur përmbajtja totale e ngjyruesit ndjek një raport të drejtpërdrejtë hollimi.

Monomeri dhe dimeri përthithin ndryshe

Përfytyrojeni monomerin si një kartë të sheshtë me një ngarkesë pozitive të shpërndarë në sistemin e saj unazor. Dy karta të tilla mund të vendosen faqe më faqe. Ngarkesat pozitive shtyjnë njëra-tjetrën, por sipërfaqet e sheshta aromatike tërhiqen përmes ndërveprimeve të stivimit, ndërsa uji përreth dhe kundërjonet zbusin shtytjen. Rezultati është një çift i lidhur me gjendje elektronike të përbashkëta. Kalimet e tij të lejuara kanë energji më të lartë se kalimi i monomerit, prandaj brezi i dimerit shfaqet në një gjatësi vale më të shkurtër se brezi i monomerit, ndërsa agregatet më të mëdha kontribuojnë më tej drejt anës blu, në formën e një shpatulle spektrale.

Në përqendrim shumë të ulët në ujë të pastër, mbizotërojnë monomerët dhe brezi me gjatësi vale më të madhe. Me rritjen e përqendrimit total, forma e çiftuar zë një pjesë gjithnjë e më të madhe dhe brezi me gjatësi vale më të shkurtër rritet në raport me të parin. Prandaj, raporti i dy brezave tregon përbërjen e përzierjes, jo drejtpërdrejt përqendrimin total. Një matje në një gjatësi të vetme vale nuk mund t'i dallojë të dyja pa një supozim se cila formë është e pranishme.

Kjo është arsyeja pse spektrat e referencës duhen shoqëruar gjithmonë me kushtet e matjes. Referenca spektrale për blunë e metilenit paraqet në tabelë pozicionet e brezave së bashku me tretësin, përbërjen e kripërave, pH-në, temperaturën dhe intervalin e përqendrimit në të cilin u përftuan. Nëse citoni një pik pa këto kushte, numri nuk është i përcaktuar plotësisht. Dy laboratorë mund të kenë të dy të drejtë për spektra të ndryshëm të të njëjtit ngjyrues, sepse kanë matur përzierje të ndryshme.

Çfarë e zhvendos ekuilibrin

Përqendrimi është faktori kryesor. Formimi i dimerit kërkon që dy monomerë të takohen, prandaj pjesa e tij rritet më shpejt sesa në mënyrë lineare me sasinë totale të ngjyruesit. Konstantet e raportuara të dimerizimit në ujë janë të rendit të mijërave për molar pranë temperaturës së dhomës, kështu që pjesa e dimerit rritet vrullshëm në intervalin micromolar. Një përshtatje globale e gjerë, që mbulonte përqendrime të ngjyruesit nga micromolar në millimolar, gjeti një kontribut jozero të tetramerit që nën 34 micromolar. Kjo paralajmëron kundër mbështetjes te një përshtatje që merr parasysh rreptësisht vetëm dy specie në përqendrime prej dhjetëra micromolar. Pjesët e sakta varen nga mjedisi, ndaj ky artikull jep prirje dhe jo një tabelë universale konvertimi.

Kripa është faktori i dytë. Jonet e tretura zbusin shtytjen ndërmjet dy kationeve, kështu që shtimi i klorurit të natriumit dhe i elektroliteve të ngjashme e shtyn përzierjen drejt dimerëve dhe agregateve në të njëjtin përqendrim të ngjyruesit. Ky efekt shihet në studimet e agregimit të blusë së metilenit në mjedise ujore dhe me kripë, ku ngjyruesi me përqendrim nga rreth 1 micromolar deri në 3.4 millimolar u mat në prani të klorurit të natriumit nga 0 deri në 0.15 molar. Në atë përshtatje, fraksioni i tetramerit arriti rreth 0.93 në skajin me përqendrim të lartë të ngjyruesit dhe të kripës. Prandaj, një spektër i regjistruar në ujë dhe një i regjistruar në tretësirë fiziologjike nuk janë standarde të këmbyeshme.

Temperatura vepron në drejtimin e kundërt. Stivimi çliron ujin e lidhur dhe kundërshtohet nga lëvizja termike, prandaj ngrohja e një tretësire zakonisht shpërbën disa dimerë përsëri në monomerë, ndërsa ftohja favorizon bashkimin. Entalpia e disociimit e përftuar nga përshtatja është negative, rreth minus 30 kilojoules per mole në intervalin nga 282 deri në 333 kelvin, gjë që konfirmon bashkimin ekzotermik. Një mostër e ftohtë, e matur menjëherë pas nxjerrjes nga frigoriferi, mund të duket më e agreguar sesa e njëjta mostër e matur pasi të jetë ekuilibruar në temperaturën e dhomës.

Tretësi përcakton gjendjen bazë. Uji, me efektin e tij të fortë hidrofobik, nxit stivimin e kationeve të sheshta të ngjyruesit. Alkoolet si etanoli dhe metanoli i solvatojnë më mirë unazat dhe i shpërbëjnë agregatet, ndaj i njëjti përqendrim i ngjyruesit duket më monomerik në etanol sesa në ujë. Bashkëtretësit aprotikë bëjnë të njëjtën gjë: në përzierje uji dhe DMSO-je në 293 kelvin, shtimi i DMSO-së frenoi dimerizimin, çka sugjeron se struktura e ujit është një faktor nxitës i stivimit. Me surfaktantët duhet kujdes në të dyja drejtimet. Mbi përqendrimin e tyre kritik të micelave, micelat mund t'i solubilizojnë monomerët veçmas dhe të rikthejnë një spektër të ngjashëm me atë të monomerit. Nën atë pikë, një surfaktant me ngarkesë të kundërt mund të nxisë stivimin: në një përqendrim ngjyruesi prej 100 micromolar, polimerizimi i nxitur nga SDS arriti maksimumin pranë 4 millimolar SDS, afërsisht gjysma e përqendrimit kritik të micelave, përpara rishpërndarjes në nivele më të larta të surfaktantit. Puna mbi efektet e ndërveprimit ngjyrues-tretës dhe të mjediseve të organizuara në spektrat e blusë së metilenit ilustron se sa fuqishëm mjedisi molekular i afërt, dhe jo vetëm përqendrimi i përgjithshëm, përcakton brezat e vëzhguar.

pH-ja ka rëndësi kryesisht në skajet e intervalit. Në intervalin afër neutralitetit që përdoret në shumicën e punëve laboratorike, bluja e metilenit mbetet në formën e saj të njohur kationike blu dhe agregimi mbizotëron në sjelljen spektrale. Acidet ose bazat e forta, kimia redoks që prodhon formën leuko pa ngjyrë, apo lidhja me proteina dhe grimca shtojnë secila gjendje përtej çiftit monomer-dimer. Kur një spektër ndryshon pas shtimit të një buferi, kontrolloni përbërjen e buferit për kripëra dhe përbërës që mund të lidhen me ngjyruesin, përpara se t'ia atribuoni gjithçka vetëm pH-së. Referenca për kiminë dhe protonimin i mban këto çështje të identitetit kimik të ndara nga çështja e agregimit që trajtohet këtu.

Pse lakohet vija e drejtë e Beer-Lambert

Relacioni Beer-Lambert thotë se absorbanca është e barabartë me absorbueshmërinë shumëzuar me përqendrimin dhe me gjatësinë e rrugës optike. Është një ligj numërimi. Ai supozon se objektet e numëruara mbeten të njëjta ndërsa numri i tyre ndryshon: një specie përthithëse, spektër i pandryshueshëm, pa ndryshime kimike me përqendrimin, dritë matëse monokromatike, pa shpërndarje apo riemetim, dhe dritë që përshkon realisht rrugën e deklaruar.

Agregimi shkel supozimin e parë. Formalisht, absorbanca totale mbetet një shumë e kontributeve të specieve: gjatësia e rrugës optike shumëzuar me absorbueshmërinë e secilës specie dhe me përqendrimin e saj. Çdo specie i bindet ligjit. Përzierja jo, sepse përqendrimet e specieve janë funksione jolineare të sasisë totale të ngjyruesit. Prandaj, një kurbë kalibrimi e absorbancës në brezin e monomerit kundrejt sasisë totale të ngjyruesit fillon si vijë e drejtë në kufirin e holluar dhe lakohet poshtë me rritjen e përqendrimit, sepse çdo shtesë sjell proporcionalisht më pak monomer. Një kurbë e matur në brezin e dimerit lakohet në drejtimin tjetër. Studimet e agregimit identifikojnë pikërisht këtë mekanizëm si burimin e devijimeve të vëzhguara nga Lambert-Beer. Përshtatja e një vije të drejtë nëpër zonën e lakuar dhe ekstrapolimi i saj është gabimi i zakonshëm. Vija është e vlefshme vetëm brenda intervalit dhe matricës ku u ndërtua.

Hollimi krijon një kurth të ngjashëm. Hollimi i një tretësire stok të përqendruar për ta sjellë brenda intervalit të instrumentit nuk e ruan raportin e specieve. Tretësira e holluar në kuvetë riekuilibrohet drejt monomerit, prandaj spektri i saj përshkruan saktë mostrën e holluar, por përshkruan gabimisht tretësirën stok. Rillogaritja e spektrit të tretësirës stok duke shumëzuar absorbancat me faktorin e hollimit rikthen vlerësimin e përmbajtjes totale vetëm nëse kalibrimi e merr tashmë parasysh këtë zhvendosje. Ajo nuk rikthen kurrë formën fillestare të brezit. Kushdo që krahason spektrin e një koncentrati me një referencë të holluar po krahason dy përzierje të ndryshme.

Gjatësia e rrugës optike është pjesë e rezultatit

Absorbanca ndryshon në përpjesëtim me largësinë që drita përshkon nëpër mostër. Një kuvetë 10 mm jep dhjetë herë absorbancën e një kuvete 1 mm që përmban të njëjtën tretësirë. Ky proporcionalitet është i saktë vetëm për të njëjtën tretësirë, dhe agregimi e bën këtë kusht thelbësor.

Në praktikë, gjatësia e rrugës optike është një mjet për të qëndruar brenda intervalit të vlefshëm. Një rrugë e gjatë jep ndjeshmëri për tretësira të holluara, kryesisht monomerike. Një rrugë e shkurtër e mban një mostër të përqendruar brenda shkallës së matjes pa një hap të madh hollimi që do ta ndryshonte ekuilibrin. Programi i studimit të agregimit nga i cili vijnë shifrat e mësipërme përdori pikërisht këtë qasje: kuveta prej 1 centimeter për ngjyrues nga 1.1 deri në 34 micromolar dhe kuveta prej 0.01 centimeter për përqendrime nga 94 micromolar deri në 3.4 millimolar. Platformat për matje me mikrovëllim dhe lexuesit e pllakave shtojnë gjeometrinë e tyre, me rrugë optike të shkurtra dhe ndonjëherë të ndryshueshme, si dhe sipërfaqe ku ngjyruesi kationik mund të adsorbohet. Raportojeni gjatësinë e rrugës optike bashkë me vlerën, ashtu si referenca spektrale raporton tretësin dhe kripën. Një absorbancë pa gjatësi të rrugës optike nuk është rezultat. Është thashethem.

Disiplina e matjes rrjedh nga mekanizmi. Ekuilibrojini mostrat në të njëjtën temperaturë përpara matjes. Përdorni të njëjtin lloj dhe orientim kuvete, mostra boshe të përshtatura që përmbajnë të njëjtat kripëra dhe bufer, si dhe enë qelqi të pastra, sepse bluja e metilenit adsorbohet në qelq dhe plastikë, dhe një kuvetë e njollosur mbart gjurmë të mostrës së fundit të përqendruar. Matni shpejt pas përgatitjes kur kinetika e agregimit ka rëndësi dhe ndërtojeni çdo kurbë kalibrimi në të njëjtën matricë dhe me të njëjtën gjatësi të rrugës optike si mostrat e panjohura. Për kontrollet pamore, mbani parasysh se syri është një spektrometër i dobët. Nëse ngjyra e tretësirës mund të përcaktojë pastërtinë është një çështje më vete me përgjigje negative, dhe zhvendosjet e nuancës nga agregimi janë një nga arsyet.

Një diagram për ta mbajtur pranë instrumentit

Figura më poshtë e përmbledh artikullin në një referencë për tryezën e laboratorit. Tri tretësira përmbajnë të njëjtin ngjyrues, por ndryshojnë në përqendrimin total dhe në përbërjen e kripërave. Spektrat e tyre skematikë tregojnë se si brezi i monomerit me gjatësi vale më të madhe ia lëshon pjesën e tij brezit të dimerit me gjatësi vale më të shkurtër, ndërsa stivimi shtohet. Kushtet janë shënuar në figurë, sepse pa to kurbat nuk mund të ripërdoren. Për pozicionet e matura të brezave në kushte të përcaktuara, përdorni referencën spektrale. Për mënyrën se si ngjyruesi hyn në qeliza pasi ndodhet në tretësirë, shihni hyrjen në qeliza përmes reduktimit dhe shpërndarjes ndërmjet fazave. Për mënyrën se si doza e dritës dhe gjeometria ndikojnë më tej në rezultatet e matjeve fotokimike, shihni ekspozimin ndaj dritës dhe gjeometrinë e matjes.

Rregulli që duhet mbajtur mend ka dy pjesë. Spektri identifikon përzierjen e pranishme në kuvetë në kushtet e deklaruara. Vetëm një kalibrim i ndërtuar në po ato kushte e shndërron absorbancën në përqendrim total.